Mekanisme dasar peningkatan laju reaksi dengan katalis enzim (2)

Katalisis asam-basa umum didefinisikan sebagai proses pemindahan proton dalam keadaan transisi.  Proses ini tidak melibatkan pembentukan ikatan kovalen di dalamnya, tetapi reaksi enzimatik keseluruhan bisa melibatkan ini juga.

Contoh katalisis asam-basa umum dari kimia organik adalah seperti ilustrasi berikut, tetapi perhatikan bahwa hemiasetal juga terbentuk dalam beberapa reaksi enzimatik.

Reaksi keseluruhan:

Mekanisme reaksi A:  Suatu basa (OH^-) mempercepat pembentukan hemiasetal seperti berikut:

Catatan:  OH^- didaur ulang dalam reaksi ini, sehingga bisa dianggap sebagai suatu katalis dalam arti sebenarnya.

Mekanisme reaksi B:  Katalis asam juga terdapat dalam reaksi, yang melibatkan pembentukan garam oksonium, diikuti oleh reaksi dengan alkohol seperti berikut:

Dalam contoh di atas, laju pembentukan hemiasetal ditingkatkan dalam asam kuat atau basa kuat.  Dalam reaksi lain bisa saja hanya salah satu (basa atau asam) yang menjadi katalis.

Hidrolisis nitramida adalah peka terhadap katalis basa, tetapi tidak peka terhadap katalis asam.  Peningkatan pH menimbulkan peningkatan laju reaksi yang totalnya tanpa pemakaian basa, seperti ditunjukkan dalam reaksi berikut:

NH₂NO₂ + OH^- →  H₂O + NHNO₂^-

NHNO₂^- →  N₂O + OH^-

OH^- bukanlah satu-satunya basa yang dapat mengkatalisis hidrolisis ini.  Basa-basa lain seperti asetat juga bereaksi, misalnya,

NH₂NO₂ + CH₃COO^- →  CH₃COOH + NHNO₂^-

NHNO₂^- →  N₂O + OH^-

OH^- + CH₃COOH →  H₂O + CH₃COO^-

Menurut definisi Brønsted-Lowry (dan seperti dalam contoh di atas), suatu asam adalah bagian apapun yang mendonorkan proton, sedangkan basa adalah yang akan menerima proton dari bagian lain.

Katalisis asam-basa tidak meningkatkan laju oleh faktor yang lebih besar dari ~100, tetapi bersama dengan mekanisme lain yang bekerja dalam sisi aktif suatu enzim, maka peningkatan laju reaksi enzimatik akan sangat berarti.  Rantai samping asam amino asam glutamat, histidin, asam aspartat, lisin, tirosin, dan sistein dalam bentuk terprotonasinya bisa berperan sebagai katalis asam, sedangkan bentuk tidak terprotonasinya sebagai katalis basa.  Keefektifan rantai samping sebagai suatu katalis tergantung pada pK_a dalam lingkungan sisi aktif, serta pada pH bekerjanya enzim.